III. Расчет потенциалов

Пример: Вычислить окислительный потенциал пары Fe³⁺/Fe²⁺ при концен-

трациях ионов [Fe³⁺] = 1 моль/л; [Fe²⁺] = 0,0001 моль/л.

Решение: Составим схему реакции:

Fe³⁺ + 1e → Fe²⁺

Воспользуемся уравнением Нернста:

φ_ок/вос = φ⁰_ок/вос + ,

Таким образом, для пары Fe³⁺/Fe²⁺ оно будет иметь вид:

φ Fe³⁺/Fe²⁺ = φ⁰ Fe³⁺/Fe²⁺ + ,

где φ⁰ Fe³⁺/Fe²⁺ = +0,771В; n = 1,

тогда имеем:

φ Fe³⁺/Fe²⁺ = +0,771 + = 1,002 В

Вычислить окислительный потенциал пары:

1. Sn⁴⁺/Sn²⁺ при концентрации ионов [Sn⁴⁺] = 0,1 моль/л, ионов [Sn²⁺] = 0,0001 моль/л.

2. Cd²⁺/Cd⁰ при концентрации ионов [Cd²⁺] = 0,2 моль/л.

3. Mn²⁺/Mn⁰ при концентрации ионов [Mn²⁺] = 0,2 моль/л.

4. MnO₄^-/Mn²⁺ при концентрации ионов [H⁺] = 10^-5 моль/л, [MnO₄^-] = [Mn²⁺].

5. PbO₂/Pb²⁺ при концентрации ионов [Pb²⁺] = 0,5 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

6. Сu⁺/Cu⁰ при концентрации ионов [Cu⁺] = 0,01 моль/л.

7. AsO₄^3-/AsO₃^3- при концентрации ионов [AsO₄^3-] = 0,1 моль/л, [AsO₃^3-] = 0,01 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

8. Ni⁺²/Ni⁰ при концентрации ионов [Ni⁺²] = 0,4 моль/л.

9. NO₃^-/NO₂^- при концентрации ионов [NO₃^-] = 0,2 моль/л, [NO₂^-] = 0,15 моль/л, [H⁺] = 0,01 моль/л.

10. Fe³⁺/ Fe²⁺ при концентрации ионов [Fe³⁺] =0,001 моль/л, [Fe²⁺] =0,01 моль/л.

11. BrO₃^-/ BrO^- при концентрации ионов [BrO₃^-] =0,01 моль/л, [BrO^-] =0,1 моль/л, [OH^-] = 0,1 моль/л.

12. IO₃^-/ IO^- при концентрации ионов [IO₃^-] =0,2 моль/л, [IO^-] =0,1 моль/л, [OH^-] = 0,01 моль/л.

13. Cr₂O₇^2-/ 2Cr³⁺ при концентрации ионов [Cr₂O₇^2-] =0,3 моль/л, [Cr³⁺] =0,5 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

14. Br₂/ 2Br^- при концентрации ионов [Br^-] =0,2 моль/л.

15. PO₄^3-/ PO₃^3- при концентрации ионов [PO₄^3-] =0,2 моль/л, [PO₃^3-] =0,3 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

16. CrO₄^2-/ Cr³⁺ при концентрации ионов [CrO₄^2-] =0,1 моль/л, [Cr³⁺] =0,2 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

17. C₂O₄^2-/CO₂ при концентрации ионов [C₂O₄^2-] =0,2 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

18. S₄O₆^2-/S₂O₃^2- при концентрации ионов [S₄O₆^2-] =0,2 моль/л, [S₂O₃^2-] = 0,3 моль/л.

19. SO₄^2-/H₂S при концентрации ионов [SO₄^2-] = 0,5 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

20. NO₃^-/NO при концентрации ионов [NO₃^-]=1 моль/л, [H⁺] = 0,1 моль/л.

IV. Составление окислительно-восстановительных реакций

Пример: As₂S₃ + NO₃^- → AsO₄^3- + NO+SO₄^2-

Решение: Находим по таблице значения окислительно-восстановительных потенциалов:

Таким образом, окислителем является N⁺⁵(ион NO₃^-), а восстановителем As⁺³ (As₂O₃). Исходя из величин ОВП рассчитаем ЭДС реакции:

ЭДС = 0,96 – 0,56 = 0,40 В, таким образом протекание реакции возможно.

Составляем уравнение ионно-электронного баланса:

3	As2S3 + 20H2O – 28e → 2AsO43- + 3SO42- + 40H+
28	NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O

Таким образом:

3As2S3 + 4H2O + 28NO3- → 6AsO43- + 9SO42- + 8H+ + 28NO, или

3As2S3 + 4H2O + 28HNO3 → 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO

Пользуясь значениями стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, закончить схемы и составить уравнения в молекулярной форме следующих окислительно восстановительных процессов:

1. а) I₂ + SO₃^2- → I^- + SO₄^2-

б) Окисление марганца (II) до перманганата персульфатом аммония (NH₄)₂S₂O₈.

2. а) S^2- + Br₂ → S↓ + Br^-

б) Взаимодействие KI c HNO₂ в кислом растворе.

3. а) As + HNO₃(конц.) →

б) Окисление церия (III) до церия (IV) висмутатом натрия (NaBiO₃).

4. а) MnO₄^- + H₂O₂ → Mn²⁺+…

б) Окисление HAsO₃^2- до HAsO₄^2- кислородом воздуха.

5. а) Cr₂O₇^2- + H₂O₂ + nH⁺(среда) →

б) Окисление урана (IV) до урана (VI) с помощью Н₂О₂.

6. а) I₂ + OH^- → IO^- + I^-

б) Взаимодействие анилина со смесью KВrO₃ и KBr в кислом растворе.

7. а) Sb₂S₃ + NO₃^- → SbO₄^2-+SO₄^2-

б) Восстановление железа (III) до железа (II) диоксидом серы.

8. а) As₂O₃ + ClO₃^- → AsO₄^3-+…

б) Восстановление КbrO₃ до Br₂ раствором С₂О₄^2-.

9. а) S^2- + ClO^- → SO₄^2-+…

б) Окисление азотистой кислоты раствором перманганата калия

10. а) Cr³⁺ + Br₂ + n(OH)^-(среда) →

б) окисление Н₂О₂ раствором KMnO₄

11. а) S^2- + Cr₂O₇^2- → S↓+…

б) Взаимодействия KI с IO₃^- в кислом растворе

12. а) NO₂^- + ClO₃^- → Cl^-+…

б) Окисления SCN^- до SO₄^2- ионами IO₃^- в кислой среде (HCl)

13. а) C₂O₄^2- + MnO₄^- + nH⁺(среда) → СО₂+…

б) Взаимодействия KI с HNO₂ в кислом растворе

14. а) S₂O₃^2- + ClO^- → Cl^- + SO₄^2-

б) Восстановления Cr₂O₇^2- до Cr³⁺ в кислой среде раствором KI.

15. а) H₂O₂ + Cr₂O₇^2- → CrO₅+…

б) Восстановления BrO₃^- до Br^- в кислой среде

16. а) Br^- + Cr₂O₇^2- → Cr³⁺+…

б) Восстановления Сu²⁺ до Cu⁺ в слабокислой среде раствором KI.

17. а) I^- + IO₃^- → I₂

б) Бромирования фенола

18. а) Cr³⁺ + MnO₄^- + nOH^-(среда) →

б) Окисления Sn²⁺ до Sn⁴⁺ в кислой среде раствором Fe³⁺

19. а) Mn²⁺ + PbO₂ + nH⁺(среда) →

б) Восстановления MnO₄.^- до MnO₄^2-

20. а) I^- + MnO₄^- → I₂+…

б) Восстановления SbO₄^3- до SbO₃^3- в кислом растворе